氯盐环境下混凝土结构钢筋坑蚀预测的随机方法

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随着服役时间的延长,混凝土结构的耐久性破坏也将日益增多。混凝土结构耐久性问题已成为当今世界工程上最为关注的问题之一,而氯离子侵蚀是导致混凝土结构耐久性不足的重要因素之一。本文根据已有的室内混凝土侵蚀及自然氯盐环境下混凝土侵蚀检测结果,对钢筋坑锈特征量预测的有关问题进行了研究。本文的主要工作内容和成果如下:1、基于人工气候环境及自然感潮环境下混凝土的侵蚀试验结果,研究了混凝土氯离子扩散系数与侵蚀时间的关系,分析了不同侵蚀环境下混凝土氯离子扩散系数趋于稳定的时间。2、引入氯离子扩散系数衰减速率V,分别分析了人工气候环境及自然感潮环境下混凝土氯离子扩散系数衰减速率与侵蚀时间的关系。结论表明,氯离子扩散系数衰减速率随侵蚀时间的增长而迅速降低;水灰比、养护时间和环境因素对氯离子扩散系数衰减速率的影响进行了分析;环境因素对氯离子扩散系数衰减速率有明显的影响。3、建立了钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的预测模型,推导了考虑氯离子扩散系数时变性的预测随机模型,并以人工气候环境下及自然感潮环境下混凝土侵蚀试验结果分析了该模型的合理性;对该模型中混凝土保护层欧姆电阻、环境温度、混凝土保护层厚度、对流区厚度和临界氯离子浓度等主要因素对钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的影响进行了分析。结论表明,混凝土保护层厚度的影响最大。4、根据室内及自然海洋环境下试验混凝土和既有混凝土的侵蚀结果,分析了不同环境条件下混凝土的自由氯离子浓度、峰值自由氯离子浓度、对流区厚度、扩散系数及保护层厚度等参数的随机特性。5、基于Monte Carlo法,模拟分析了人工气候环境下钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的概率分布特性,分析了考虑氯离子扩散系数恒定及考虑氯离子扩散系数时变性时的深度和面积特性。结论表明,氯离子扩散系数的时变性对钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积有较大的影响,如海洋环境下既有混凝土考虑扩散系数时变性计算的最大坑蚀深度是假设氯离子扩散系数恒定计算的钢筋最大坑蚀深度的2倍,而钢筋坑蚀面积则为氯离子扩散系数恒定模型下的3倍多。6、基于Monte Carlo法,研究了人工气候环境下混凝土构件及海洋环境下即有混凝土构件的混凝土保护层厚度对钢筋最大坑蚀特征量的影响。结论表明,增大混凝土保护层厚度可有效减少钢筋最大坑蚀特征量。如当人工气候环境下混凝土试件保护层厚度均值从15mm到25mm,钢筋最大坑蚀深度降低到原来的43.574%,钢筋坑蚀面积降低到原来的54.596%。
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